本发明的目的是针对现有建
立板带材成形极限图需要标准试验装置、制备不同宽度尺寸 试件和改变润滑条件等费工、费料和费时等缺点,本发明提供一种只需测定钢板的厚度和应 变硬化指数就可以建立相变诱发塑性钢板成形极限图的模型方法,减少建立相变诱发塑性钢 板成形极限图的测试工作量,成功预测相变诱发塑性钢板料失效,有效评价其成形性能。
实现本发明目的的技术解决方案如下:
1、测定相变诱发塑性钢板的厚度和应变硬化指数。
2、计算该相变诱发塑性钢板平面应变状态下的极限应变值,计算公式为:
其中t为相变诱发塑性钢板的厚度,单位为mm;n为相变诱发塑性钢板的应变硬化指数; FLD0为相变诱发塑性钢板平面应变状态下的极限应变值。
工程主应变和工程次应变的测试方法按国家标准GB/T15825.8-1995《
金属薄板成形性能 与试验方法-成形极限图(FLD)试验》进行,工程主应变为e1,工程次应变为e2,当工程 次应变e2=0时,成形极限图中平面应变区域的工程主应变e1便是FLD0;测得FLD0与钢板 厚度以及钢板硬化指数的关系如(1)式所示。
3、建立相变诱发塑性钢板成形极限图建立的工程主应变e1与工程次应变e2的关系式为:
以工程主应变e1为纵坐标,工程次应变e2为横坐标,建立应变
坐标系,将根据公式(1) 和(2)计算获得的数据合成在坐标系上,建立该相变诱发塑性钢板的成形极限图。
成形极限图中工程次应变e2<0的部分为左半区域,工程次应变e2>0的部分为右半区域。
成形极限图的左半区域中,工程主应变(e1)与工程次应变(e2=0)的关系等式如下:
e2<0时,e1=-e2+FLD0 (3)
即由平面应变点FLD0在左侧引一条与横轴负方向夹
角为45°的直线,构成成形极限图 的左板区域。
成形极限图的右半区域中,在平面变形条件下,对于胀形区,在一定的应变比下,宽度 方向的真应变与厚度方向的真实应变存在的相关用Cr表示为:
εw为宽度方向的真应变,εt为厚度方向的应变;根据体积不变原理,长度方向的真应变εl 与εw和εt之间,存在以下关系:
根据工程应变和真实应变的关系ε=ln(l+e),可以得到以下关系式:
上式中设
由上式推导可得工程主应变e1与工程次应变 e2的关系式为:
e1=C1×(1+e2)C-1 (7)
其中C为常数。从成形极限图可知,当e2=0时,e1=FLD0,从而可得常数C1=1+FLD0。 于是由公式(7)可得:
e1=(1+FLD0)×(1+e2)C-1 (8)
选用典型TRIP钢的FLD0数据,通过最小二乘法原理进行拟合分析得到C≈0.5。
从而成形极限图右半区域的工程主应变e1与工程次应变e2的关系式为:
e2>0时,e1=(1+FLD0)×(1+e2)0.5-1 (9)
工程主应变和工程次应变的测试方法按国家标准GB/T15825.8-1995《金属薄板成形性能 与试验方法-成形极限图(FLD)试验》进行,工程主应变为e1,工程次应变为e2,当工程 次应变e2=0时,成形极限图中平面应变区域的工程主应变e1便是FLD0;测得FLD0与钢板 厚度以及钢板硬化指数的关系如(1)式所示。
上述的相变诱发塑性钢板应变硬化指数的测试方法为:通过单轴拉伸实验测得其工程应 力应变曲线,在5%至35%的均匀塑性变形范围内将其转变为真
应力应变曲线,真应力与真 应变关系式为:
σ=k·εn (10)
上式中,σ为真应力、ε为真应变、n为相变诱发塑性钢板的应变硬化指数、k为系数, 将式(10)转变成对数方程:
lnσ=lnk+nlnε (11)
在双对数坐标平面上的直线的斜率即为相变诱发塑性钢板的应变硬化指数n。
本发明通过模型方法建立相变诱发塑性钢板的成形极限图,该方法是解决TRIP钢板料 冲压问题的一个有效的工具,能成功预测相变诱发塑性钢板料失效,有效评价其成形性能。 模型方法只需测定钢板的厚度和应变硬化指数就可以建立相变诱发塑性钢板成形极限图,减 少了现有建立成形极限图的测试工作量。
附图说明
图1为本发明
实施例1中的成形极限图的模型计算结果和实验结果对比图;
图2为本发明实施例2中的成形极限图的模型计算结果和实验结果对比图;
图3为本发明实施例3中的成形极限图的模型计算结果和实验结果对比图;
图4为本发明实施例4中的成形极限图的模型计算结果和实验结果对比图;
图中a为实验数据,b为建立的模型。
本发明实施例中TRIP钢板的制备方法分为两种:1、将低
碳低
硅钢
冶炼成钢锭,成分按 重量百分比为含C0.18~0.20%,Mn1.30~1.45%,Si0.60~0.70%,Al0.50~0.60%,P≤0.009%, S≤0.007%,Nb≤0.040%,余量为Fe。钢锭经1200℃保温1.5~2hr后,
锻造成30mm厚的锻 坯方料。
热轧至3.5mm厚,再
冷轧至1.0mm厚,获得冷轧钢板,将冷轧钢板在800℃的氯化 盐中保温5min,然后淬入
温度为400℃的
硝酸盐中保温5min,空冷至室温,制备成TRIP钢 板。2、将低碳高锰钢冶炼成钢锭,其化学成分C600ppm,Mn23.8%,Si3.0%,Al2.7%,余 量为Fe。钢锭经1150℃保温1.5~2hr后,锻造成30mm厚的锻坯方料。热轧至5.0mm厚后再 冷轧至1.0mm厚。将冷轧钢板加热到1100℃保温15min,然后
水冷至室温,制备成TRIP钢 板。
本发明实施例中工程主应变和工程次应变的测试方法为:按国家标准GB/T15825.8-1995 《金属薄板成形性能与试验方法-成形极限图(FLD)试验》进行,实验设备为BCS-30D 型通用板料成形试验机,试样为长度180mm,宽度分别为180mm、160mm、120mm、100mm、 80mm、40mm和20mm的矩形试样,每组取3
块,在试样上印制,网格形式为直径2.5mm 相切圆。
通过成形试验机对试样进行胀形实验,至试样发生破裂,选择靠近裂纹区的网格作为临 界网格点,拍摄至少一个二维影像图,采用ASAME自动应变测量系统将二维影像图处理成 三维影像图,对临界网格圆进行分析,临界网格圆为试样上紧靠颈缩或裂纹的网格圆。
测量临界网格圆的长轴直径和短轴直径,然后根据以下公式计算工程主应变和工程次应 变:
e1=(d1-d0)/d0×100(%) (12)
e2=(d2-d0)/d0×100(%) (13)
式中e1为工程主应变,e2为工程次应变,d1为临界网格圆长轴直径,d2为临界网格圆短 轴直径,d0为网格圆初始直径。
实施例1
首先制取相变诱发塑性钢板,方法是将低碳硅钢冶炼成钢锭,其成分按重量百分比为含 C0.19%,Mn1.32%,Si 0.70%,Al 0.51%,P 0.0068%,S 0.0068%,余量为Fe。钢锭经1200℃ 保温1.5~2hr后,锻造成30mm厚的锻坯方料,热轧至3.5mm厚,再冷轧至1.0mm厚,获得 冷轧钢板,将冷轧钢板切割成合理尺寸的小块,在800℃的氯化盐中保温5min,然后淬入温 度为400℃的硝酸盐中保温5min,空冷至室温,制备成TRIP钢板。
测定该钢板的应变硬化指数n为0.323,t=1.0mm,根据公式(1)计算得FLD0=0.576。 建立相变诱发塑性钢板成形极限图的工程主应变e1与工程次应变e2的关系式为:
e2<0时,e1=-e2+0.576
e2=0时,e1=FLD0=0.576
e2>0时,e1=(1+0.576)×(1+e2)0.5-1=1.576(1+e2)0.5-1
以工程主应变e1为纵坐标,工程次应变e2为横坐标,建立应变坐标系,将根据公式计算 获得的数据合成在坐标系上,建立该相变诱发塑性钢板的的成形极限图。
对制备的TRIP钢板进行成形实验,实验结果与成形极限图的模型计算结果如图1所示。 从此图可以看出,按模型关系式(2)计算的成形极限的左半支曲线(e2<0)、平面应变状态下 的极限应变的FLD0值(e2=0)和右半支曲线(e2>0)与实验数据点的符合性都很好。从而表明本 方法提供的建立成形极限图的模型方法能够准确地建立相变诱发塑性钢板的成形极限图。
从图1还可以看出,该TRIP钢板具有良好的成形性,其平面应变状态下的极限应变的 FLD0值分别为0.576。在成形曲线以上的区域是TRIP钢板将发生失效的区域,而在成形曲线 以下的区域属于TRIP钢板的安全区域。
实施例2
首先制取相变诱发塑性钢板,方法是将低碳硅钢冶炼成钢锭,其成分按重量百分比为含 C0.18%,Mn1.38%,Si 0.67%,Al 0.56%,P 0.0075%,S 0.0048%,Nb0.014%,余量为Fe。 钢锭经1200℃保温1.5~2hr后,锻造成30mm厚的锻坯方料,热轧至3.5mm厚,再冷轧至1.0mm 厚,获得冷轧钢板,将冷轧钢板切割成合理尺寸的小块,在800℃的氯化盐中保温5min,然 后淬入温度为400℃的硝酸盐中保温5min,空冷至室温,制备成TRIP钢板。
测定该钢板的应变硬化指数n为0.325,t=1.0mm,根据公式(1)计算得FLD0=0.580。 建立相变诱发塑性钢板成形极限图建立的工程主应变e1与工程次应变e2的关系式为:
e2<0时,e1=-e2+0.580
e2=0时,e1=FLD0=0.580
e2>0时,e1=(1+0.580)×(1+e2)0.5-1=1.580(1+e2)0.5-1
以工程主应变e1为纵坐标,工程次应变e2为横坐标,建立应变坐标系,将根据公式计算 获得的数据合成在坐标系上,建立该相变诱发塑性钢板的的成形极限图。
对制备的TRIP钢板进行成形实验,实验结果与成形极限图的模型计算结果如图2所示。
实施例3
首先制取相变诱发塑性钢板,方法是将低碳硅钢冶炼成钢锭,其成分按重量百分比为含 C0.20%,Mn1.45%,Si 0.61%,Al 0.58%,P 0.0083%,S 0.0050%,Nb0.036%,余量为Fe。 钢锭经1200℃保温1.5~2hr后,锻造成30mm厚的锻坯方料,热轧至3.5mm厚,再冷轧至1.0mm 厚,获得冷轧钢板,将冷轧钢板切割成合理尺寸的小块,在800℃的氯化盐中保温5min,然 后淬入温度为400℃的硝酸盐中保温5min,空冷至室温,制备成TRIP钢板。
测定该钢板的应变硬化指数n为0.310,t=1.0mm,根据公式(1)计算得FLD0=0.553。 建立相变诱发塑性钢板成形极限图建立的工程主应变e1与工程次应变e2的关系式为:
e2<0时,e1=-e2+0.553
e2=0时,e1=FLD0=0.553
e2>0时,e1=(1+0.553)×(1+e2)0.5-1=1.553(1+e2)0.5-1
根据该公式建立该TRIP钢板的成形极限图。
对制备的TRIP钢板进行成形实验,实验结果与成形极限图的模型计算结果如图3所示。
实施例4
首先制取相变诱发塑性钢板,方法是将低碳高锰钢冶炼成钢锭,其化学成分C600ppm, Mn23.8%,Si3.0%,Al2.7%,余量为Fe。钢锭经1150℃保温1.5~2hr后,锻造成30mm厚的 锻坯方料。热轧至5.0mm厚后再冷轧至1.0mm厚。将冷轧钢板加热到1100℃保温15min,然 后水冷至室温,制备成TRIP钢板。
测定该钢板的应变硬化指数n为0.242,t=1.0mm,根据公式(1)计算得FLD0=0.432。 建立相变诱发塑性钢板成形极限图建立的工程主应变e1与工程次应变e2的关系式为:
e2<0时,e1=-e2+0.432
e2=0时,e1=FLD0=0.432
e2>0时,e1=(1+0.432)×(1+e2)0.5-1=1.432(1+e2)0.5-1
以工程主应变e1为纵坐标,工程次应变e2为横坐标,建立应变坐标系,将根据公式计算 获得的数据合成在坐标系上,建立该相变诱发塑性钢板的成形极限图。
对制备的TRIP钢板进行成形实验,实验结果与成形极限图的模型计算结果如图4所示。